PRINCIPI DI ECOLOGIA DEI LAGHI

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1 PRINCIPI DI ECOLOGIA DEI LAGHI Dr. Andrea Romanò, GRAIA SRL Bergamo, 27 novembre 2013

2 PROPRIETÀ DELL ACQUA L acqua è una sostanza MOLTO particolare! possiede caratteristiche STRAORDINARIE È la sostanza più diffusa È l'unica sostanza che a T e P ambiente si presenta in tutti e 3 gli stati fisici Ha una particolare struttura (molecola polare) Forma legami a idrogeno Ha il potere solvente più elevato di qualsiasi altro liquido (acqua pura praticamente impossibile ad ottenersi) Solidificandosi aumenta di volume: quando viene raffreddata, mentre tutti gli altri liquidi diminuiscono di V passando da liquidi a solidi, l'acqua aumenta di V quando diventa ghiaccio: diviene man mano meno densa e quando diventa ghiaccio galleggia Raggiunge la sua massima densità a 4 C

3 PROPRIETÀ DELL ACQUA Elevata CAPACITÀ TERMICA: può assorbire una grandissima quantità di calore, facendo aumentare di poco la propria temperatura Elevate proprietà termostatiche È uno dei fluidi più coesivi (elevata TENSIONE SUPERFICIALE): ogni oggetto che penetri in una massa d' acqua deve rompere legami ad idrogeno fra molecole adiacenti Più alto CALORE DI EVAPORAZIONE e di FUSIONE di qualsiasi altra sostanza presente in natura Presente sotto forma di liquido

4 PROPRIETÀ DELL ACQUA Le sue proprietà permettono lo sviluppo della vita e ne influenzano le caratteristiche Elevata CAPACITÀ TERMICA Elevata TENSIONE SUPERFICIALE DENSITÀ Influenza il microclima laghi e mari trattenendo il calore estivo mitigano le temperature basse invernali nei pressi delle loro rive Permette la vita sulla sua superficie Il ghiaccio galleggia ed è un buon isolante termico Lo strato che si forma d'inverno sulla superficie dei laghi impedisce agli strati sottostanti di raffreddarsi ulteriormente e gelare, permettendo la vita nei fondali Se il ghiaccio non galleggiasse si accumulerebbe sul fondo, estendendosi verso la superficie fino a rendere gelata l'intera massa d'acqua Macrofite (piante acquatiche) con strutture di sostegno ridotte Possibilità di sviluppo del PLANCTON

5 IL CICLO DELL ACQUA Evapotraspirazione Precipitazione Ruscellamento Infiltrazione suolo

6 DISTRIBUZIONE DELL ACQUA E' stato stimato che la quantità totale di acqua presente sul pianeta è pari a quasi 1400 milioni di km 3, un valore davvero grande, che corrisponde a circa milioni di litri per ogni abitante della Terra! Atmosfera km 3 0,001 % Mari e oceani km 3 97,2% Acqua del suolo km % Laghi e fiumi Ghiacciai e poli km 3 2,15% km km 3 0,0091% Laghi salati e mari interni 0.009% Acqua sotterranea km 3 0,62 %

7 LE ACQUE INTERNE SUPERFICIALI ACQUE LENTICHE LAGHI E INVASI ARTIFICIALI ACQUE LOTICHE CORSI D ACQUA NATURALI ED ARTIFICIALI FUNZIONI Risorsa primaria del territorio (uso energetico, industriale, irriguo, idropotabile, ricreativo, ) Sono ecosistemi con flora e fauna caratteristiche Modificano il clima di un area ed i microclimi locali (laghi)

8 LIMNOLOGIA È lo studio degli aspetti chimici, fisici, geografici e biologici che influenzano la produttività e la qualità degli ecosistemi d acqua dolce ed in particolare dei laghi

9 I LAGHI ITALIANI Il sistema idrico italiano può essere diviso in 3 grandi bacini: Bacino padano Bacino appenninico-adriatico Bacino appenninico-tirrenico I principali laghi sono: Garda (370 km 2 ); Maggiore (212 km 2 ); Como (146 km 2 ); Trasimeno (125 km 2 ); Bolsena (115 km 2 ); Iseo (62 km 2 ); Bracciano (57 km 2 ) Orta (18 km 2 ); Varese (15 km 2 ) La Lombardia è la regione italiana più ricca di laghi, sia in termini di superficie (40%) che di volume (65%): 23 laghi naturali e 22 laghi artificiali con sup>0,5 kmq + ca 360 con sup>0,05 kmq

10 I TIPI DI LAGO: ORIGINE I laghi sono cavità del suolo all'interno delle quali si accumula l'acqua raccolta dal bacino imbrifero. Tali cavità si possono essere prodotte nella crosta terrestre per svariati motivi. Laghi tettonici: Tanganika, Niassa Laghi vulcanici: Bracciano, Bolsena Laghi di pianura Laghi costieri Laghi di frana Laghi di cratere di meteorite Laghi di terremoto Laghi artificiali Laghi di escavazione e di sbarramento da ghiacciaio. Costituiscono la maggior parte dei bacini lacustri delle regioni montuose che sono, o sono state, interessate dal glacialismo. Tutti i laghi della Regione Alpina e Prealpina sono di origine glaciale, dai grandi laghi profondi delle Prealpi (Lago Maggiore, L. di Lugano, L. di Como, L. d'iseo e L. di Garda) ai piccoli bacini d'alta quota (laghi di circo, laghi in rocce montonate, laghi di doccia, ecc.), ai laghi morenici e intermorenici (ad esempio alcuni piccoli laghi della Regione Prealpina) LA FORMA DIPENDE DALL ORIGINE. PUÒ ESSERE: Circolare: laghi alpini (laghi morenici di circo) o vulcanici Triangolare: sbarramento di un fiume ad opera di una frana o di una diga Allungata - Irregolare : per escavazione fluviale e successivo rimodellamento ad opera dei ghiacciai

11 CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE Le caratteristiche morfologiche (forma, area, profondità media e massima, volume totale) di un lago ne influenzano in modo significativo i processi fisici, chimici e biologici I laghi poco profondi o con ampie zone litorali sono più produttivi di quelli profondi o con rive molto scoscese Batimetria Immissario Immissario Vista in sezione Profondità: 0 m 10 m 20 m 30 m Emissario I laghi con forma frastagliata (ampio sviluppo della linea di costa) sono più produttivi di quelli regolari Forma della linea di costa

12 BACINO IMBRIFERO È l area nella quale tutta l acqua presente drena in un unico corpo idrico collettore Le caratteristiche limnologiche del lago dipendono dalle caratteristiche del bacino: topografia geologia fertilità del suolo ed erodibilità copertura vegetale utilizzo del suolo

13 TEMPO DI RICAMBIO E il tempo necessario per il ricambio dell intero volume d acqua di un lago BILANCIO ENTRATE-USCITE AFFLUSSI precipitazione diretta apporto degli immissari acque sotterranee ogni scarico puntiforme Volume del lago: 15*10 6 m 3 DEFLUSSI emissari evaporazione perdite attraverso il terreno utenza Portata emissario: 600 l/s pari s m 3 /giorno TEMPO RICAMBIO TEORICO = VOLUME LAGO / PORTATA EMISSARIO Esempio: T r = 15*10 6 m 3 : m 3 /giorno = 300 giorni Il tempo di ricambio REALE dipende da molti altri fattori (scambi con falda, evapotraspirazione, forma, posizione immissari emissari, stratificazione) ed è sempre superiore a quello teorico I laghi con un tempo di ricambio lento sono più produttivi di quelli con ricambio veloce e più sensibili all inquinamento

14 VARIAZIONI DI LIVELLO DEL LAGO FLUTTUAZIONI NEL VOLUME D ACQUA ---> VARIAZIONI DI LIVELLO E EFFETTI SU: rive soggette all erosione da parte del moto ondoso e delle piogge piante e animali che vivono nelle acque basse presso le rive pesci che si riproducono nella zona litorale Sono più forti e frequenti negli invasi artificiali (p.e. serbatoi ad uso idroelettrico) Creano effetti più pesanti quando le sponde sono aggradate, rispetto a quelle scoscese Distanza dalla riva (cm) Distanza fra transetti (m) oltre Distanza dalla riva (cm) Distanza fra transetti (m) oltre

15 TERMICA DEI LAGHI Stessa temperatura, stessa densità quindi rimescolamento Gradiente di temperatura e quindi di densità tale da creare strati che non comunicano Stessa temperatura, stessa densità quindi rimescolamento La stratificazione è inversa perché lo strato superficiale è più freddo degli strati sottostanti

16 TERMICA DEI LAGHI Varia a seconda dell origine del lago Lago alpino: in alta quota, temperatura bassa e per gran parte dell anno lo strato superficiale può addirittura ghiacciare. Lago prealpino: zona collinare, temperatura più alta rispetto a quella dei laghi alpini e per un breve periodo, durante l inverno lo strato superficiale può ghiacciare. Lago di pianura: zona di pianura, temperature più alte e in genere profondità minori, per questo motivo raramente ghiaccia, a meno che le temperature invernali non siano particolarmente rigide. Classificazione in base alla termica Lago di tipo POLARE: temperatura sempre < 4 C; la piena circolazione non è mai presente perché la superficie è costantemente gelata. Si ha quindi stratificazione inversa permanente (AMITTICi) Lago di tipo SUB-POLARE: breve periodo di acque prive di ghiaccio con temperature superiori ai 4 C in sup. unico periodo estivo di isotermia (MONOMITTICI FREDDI). Lago di tipo TEMPERATO: 2 periodi di isotermia: in primavera e in autunno (DIMITTICI). Lago di tipo SUB-TROPICALE: la temperatura del fondo è sempre >4 C ma l unico periodo di piena circolazione è in inverno (MONOMITTICI CALDI) Lago di tipo TROPICALE: l intera massa D ACQUA ha temperatura >4 C e non c è evidente stratificazione termica (ANISOMITTICI)

17 STRUTTURA DEL LAGO DIVERSITÀ NELLE CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE E FISICHE (CALORE E LUCE) ZONE DEL LAGO DIFFERENZE DELLA STRUTTURA BIOLOGICA

18 STRUTTURA DEL LAGO In un lago possiamo distinguere: STRATO EUFOTICO: comprende tutto lo specchio d'acqua fino a quella profondità alla quale arriva sufficiente radiazione solare permettere i processi fotosintetici. ZONA AFOTICA: in laghi sufficientemente profondi, dove la radiazione solare non giunge sino alle massime profondità, abbiamo poi una ZONA AFOTICA dalla quale è esclusa la vita vegetale ZONA LITORALE: si sviluppa lungo tutta la linea di costa, delimitata al largo dalla stessa profondità cui arriva lo strato eufotico. Caratteristica di questa zona è l'insediamento delle piante acquatiche sommerse. ZONA PELAGICA: si estende al largo della zona litorale su tutta la restante superficie del lago con uno spessore uguale a quello dello strato eufotico. A questa suddivisione per habitat si adatta, più o meno strettamente, una suddivisione degli organismi acquatici basata sulle caratteristiche fondamentali del loro comportamento o modo di vita. Il PLANCTON è il complesso di organismi animali (zooplancton) e vegetali (fitoplancton) che vivono principalmente nella zona eufotica. Sono caratterizzati, in genere, da dimensioni microscopiche e non posseggono efficienti mezzi di locomozione; Il BENTHOS, cioè quella comunità assai complessa, sia da un punto di vista sistematico sia per gli adattamenti funzionali, che vive in stretto rapporto con i sedimenti di fondo. Possiamo così distinguere un benthos litorale, sublitorale, profondo e abissale; Il NECTON è costituito da tutti gli altri organismi animali che, come i pesci, sono in grado di compiere trasferimenti autonomi.

19 CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL LAGO: L OSSIGENO DISCIOLTO Gli organismi acquatici respirano anch essi ossigeno, utilizzando quello disciolto in acqua, molto meno abbondante che nell atmosfera. Le acque prive di ossigeno sono dette ANOSSICHE e in esse non è possibile la vita animale. La disponibilità di ossigeno all interno di un lago dipende dalle sue caratteristiche morfologiche (forma e profondità), termiche e chimiche; le acque del lago ricevono l ossigeno dall atmosfera sovrastante e dalla produzione fotosintetica (piante acquatiche e alghe) e lo consumano per effetto della respirazione degli organismi che ospitano (batteri, invertebrati, pesci ). Concentrazione ottimale (mgo 2 /l) Concentrazione minima accettabile (mgo 2 /l) Specie ittiche trota, sanguinerola, cobite temolo, pigo, barbo, bottatrice triotto, scardola, cavedano carpa, tinca, pesce gatto...

20 TERMICA E OSSIGENO, DUE FATTORI VITALI

21 TERMICA E OSSIGENO, DUE FATTORI VITALI Fasce di profondità idonee alla sopravvivenza dei Salmonidi nel Lago d Endine in relazione all andamento annuo di temperatura e ossigeno

22 RETE TROFICA LACUSTRE ZOOPLANCTON: PREDATORI PESCI ZOOPLANCTONICI: CONSUMATORI 2 i FITOPLANCTON e MACROFITE: PRODUTTORI 1 i PESCI e UCCELLI ITTIOFAGI: CONSUMATORI 3 i ZOOPLANCTON: CONSUMATORI 1 i MACROBENTHOS: CONSUMATORI 1 i PESCI BENTOFAGI: CONSUMATORI 2 i C,N,P DECOMPOSITORI (BATTERI E FUNGHI)

23 MACROFITE (PIANTE ACQUATICHE) SVOLGONO DIVERSI RUOLI: Produzione primaria (rilevante nei laghi poco profondi) Filtro Stabilizzazione sponde Rifugio pesci Habitat riproduttivo

24 FITOPLANCTON (ALGHE MICROSCOPICHE) E costituito da organismi vegetali unicellulari o coloniali, con dimensioni di pochi millesimi di millimetro, chiamati comunemente alghe. Nei laghi profondi sono i principali produttori fotosintetici, delle vere e proprie «praterie lacustri», paragonati all ecosistema terrestre. La composizione e la quantità varia tra i diversi laghi e nell arco delle stagioni, ed è fortemente connessa alle caratteristiche delle acque: È più abbondante e diversificato nei laghi EUTROFI, ricchi di nutrienti e produttivi, mentre è più scarso e povero di specie nei laghi OLIGOTROFI, scarsi di nutrienti e poco produttivi Lo sviluppo del fitoplancton può determinare la colorazione e la trasparenza delle acque lacustri

25 ZOOPLANCTON E costituito da organismi animali unicellulari o pluricellulari, appartenenti a 3 gruppi principali: I PROTOZOI sono organismi unicellulari con dimensioni dell'ordine di poche decine o centinaia di millesimi di millimetro. I ROTIFERI sono animali pluricellulari che raramente raggiungono il mezzo millimetro. Il loro nome è dovuto al fatto che attorno alla bocca presentano una corona di "cilia" che, muovendosi vorticosamente serve per convogliare il cibo nella bocca, come organo di locomozione, e per rinnova l'acqua attorno al corpo dell'animale. I CROSTACEI distinguibili in due sottogruppi: CLADOCERI e COPEPODI. Essi costituiscono, nell ecosistema lago, i più importanti consumatori primari.

26 BENTHOS E costituito da organismi animali che vivono a stretto contatto del fondo, quali: OLIGOCHETI: comprendono i vermi che vivono infossati nei fondali a sedimento fine. MOLLUSCHI: comprendono i Gasteropodi (lumache d acqua) e i Lamellibranchi (bivalvi). CROSTACEI: come gli Asellidi e i Gammaridi o i Decapodi (gamberi). INSETTI: per esempio i Coleotteri acquatici, le larve di Libellula, le larve di Efemerotteri, di Chironomidae ecc.

27 FATTORI PERTURBATIVI EUTROFIZZAZIONE Produttività biologica elevata e frequente crescita algale; Deficit di O 2 nell ipolimnio nel periodo di stratificazione termica; Ridotta biodiversità, crescita di piante acquatiche nella zona litorale; Acque con qualità non idonea ad usi pregiati della risorsa idrica. CLASSI TROFICHE (Vollenweider, 1982) Classe trofica Contenuto di nutrienti Capacità produttiva Capacità demolitoria ultraoligotrofia Molto basso Bassa Completa oligotrofia Basso Bassa Quasi completa mesotrofia Medio Medio-alta Sufficiente eutrofia Alto Alta Insufficiente ipertrofia Elevatissimo Molto alta Decisamente insufficiente ACIDIFICAZIONE USO DI COMBUSTIBILI FOSSILI PIOGGE ACIDE (acido nitrico e solforico) ALTERAZIONE DELL EQUILIBRIO IDROCHIMICO

28 AUMENTO NUTRIENTI IN INGRESSO AUMENTO PRODUZIONE PRIMARIA Alghe ECCESSIVA SOSTANZA ORGANICA DA DEGRADARE SUL FONDO N e P CH NH NH 3 S 2- Sedimenti CONSUMO ECCESSIVO DI OSSIGENO E CONDIZIONI RIDUCENTI NEGLI STRATI PROFONDI ANOSSIA IPOLIMNIO O2 DISCIOLTO < 50%) RILASCIO COMPOSTI TOSSICI

29 Elevata [nutrienti] Blooms algali Eccessiva deposizione sul fondo di sostanza organica da degradare Anossia del fondo Eccessivo sviluppo macrofite Ridotta biodiversità Sostanze ridotte tossiche

30 Bassa [nutrienti] Popolamenti planctonici scarsi Macrofite litorali ridotte Elevata biodiversità Basso consumo di O 2 Elevata [O 2 ] Presenza di Salmonidi

31 Tipo di lago Popolamento ittico Valore commerciale Produzione ittica (kg/ha*anno) Oligotrofo Salmonidi Mesotrofo Percidi e Centrarchidi Eutrofo Ciprinidi elevato buono scarso > 100 [O.D. ] ott (mg/l) [ O.D.] min (mg/l) Specie ittica prevalente trota, sanguinerola, lavarello.. temolo, pigo, barbo, bottatrice.. triotto, scardola, cavedano.. carpa, tinca, pesce gatto..